氣液傳質(zhì)設(shè)備板式塔設(shè)計

1、氣液傳質(zhì)設(shè)備板式塔設(shè)計第1頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四板式塔設(shè)計步驟 確定設(shè)計方案；選擇塔板類型；確定塔徑、塔高等工藝尺寸；塔板設(shè)計，包括溢流裝置設(shè)計、塔板布置、升氣道（泡罩、篩孔或浮閥等）的設(shè)計排列；流體力學(xué)驗算；繪制塔板負(fù)荷性能圖；依據(jù)負(fù)荷性能圖，對設(shè)計分析、調(diào)整，直至滿意。第2頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1 設(shè)計方案的確定(6步法)1.1 裝置流程的確定蒸餾裝置精餾塔原料預(yù)熱器蒸餾釜（再沸器）冷凝器釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器原料入塔泵輸送（易受泵操作波動影響）高位槽送液（穩(wěn)定）泡點冷凝器分凝器產(chǎn)品冷卻器流程確定要全面、合理的兼顧設(shè)備、操作費

2、用、操作控制及安全等諸因素。第3頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.2 操作壓力的選擇依據(jù)操作壓力常壓操作減壓操作加壓操作 選擇依據(jù)：一般，對熱敏性物質(zhì)或混合物泡點過高的體系易采用減壓蒸餾；常壓下呈氣態(tài)的物系采用加壓蒸餾。1.3 進料熱狀況的選擇進料熱狀況：冷液進料(q1)、泡點進料(q=1)、氣液混合進料(q1)、飽和蒸汽進料(q=0)及過熱正氣進料(q2.4板間距HT,mm200-300300-350350-450450-600500-800 800塔板間距的數(shù)值應(yīng)按系列標(biāo)準(zhǔn)選取，常用的塔板間距有300、350、400、450、500、600、800等幾種系列標(biāo)準(zhǔn)。但

3、注意，板間距除考慮上述因素外，還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要，如在塔體的人孔處，應(yīng)采用較大的板間距，一般不低于600mm。第9頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四3.2 塔徑的計算（可參課本P157頁）計算公式：關(guān)鍵在于計算空塔氣速u 空塔氣速的上限由嚴(yán)重的霧沫夾帶或液泛決定，下限由漏夜決定，適宜的空塔氣速介于兩者之間。一般依據(jù)最大允許氣速確定。最大允許氣速由嚴(yán)重霧沫夾帶時懸浮液滴的沉降速度確定：液滴在上升氣流中懸浮，則其受力平衡，此時，空塔氣速與液滴沉降速度相等，為最大允許氣速。第10頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四3.2 塔徑的計算（可參課本P157頁）史

4、密斯關(guān)聯(lián)圖中：注：上述計算的塔徑為初估值，后面還需進行流體力學(xué)核算。另：若精餾塔精餾段和提餾段上升氣量差別較大，則兩段塔徑應(yīng)分別計算。第11頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四4 板式塔的塔板工藝尺寸計算4.1 溢流裝置的設(shè)計溢流裝置包括溢流堰、降液管和受液盤等幾部分。4.1.1 降液管的類型與溢流方式（參圖10-12所示）類 型圓形降液管用于小直徑塔，800mm溢流方式U型流又稱回轉(zhuǎn)流。弓形降液管一半為受液盤，另一半為降液管。特點：液體流徑長，板效率高，板面利用率高。單溢流又稱直徑流。特點：流體流徑較長，板效率較高，加工方便，在小于2.2m的塔中應(yīng)有廣泛。雙溢流又稱半徑流。

5、特點：液體流動的路程短，液面落差小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，板面利用率低，適用于大于2m的塔。階梯式雙溢流特點：可在不縮短液體流徑的情況下減小液面落差。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，致使應(yīng)用于塔徑很大、液流量很大的場合。表10-2（P130頁）給出溢流類型與液體負(fù)荷的關(guān)系，方便確定溢流類型第12頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四4.2 溢流裝置的設(shè)計計算溢流裝置的設(shè)計參圖10-39所示。1、溢流堰形狀平直堰齒形堰一般采用平直形溢流堰板（1）堰長第13頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四（2）堰高降液管端面高出塔板板面的距離堰高與板上清液層高度及堰上液層高度的關(guān)系為：設(shè)計時，一般保持塔板

6、上清液層高度在50100mm，于是，堰高hw則由板上清液層高度和堰上液層高度而定。設(shè)計時，應(yīng)是堰上液層高度大于6mm，否則采用齒形堰；但堰上液層高度不宜太大，否則導(dǎo)致液沫夾帶量增加，板壓降增大。設(shè)計時，一般不宜大于6070mm，超過此值應(yīng)采用雙溢流形。對平直堰：由上式看出，how僅與Lh和lw有關(guān)，故也可從圖3-11（見天大版P163）查知。第14頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四對齒形堰：可參閱P133頁求得how后，可按下式范圍確定hw：第15頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四2、降液管弓形降液管2.1 弓形降液管的寬度和截面積 弓形降液管的寬度以W

7、d表示，截面積以Af表示，設(shè)計中可根據(jù)堰長與塔徑之比lw/D由圖3-12（見天大版P163） 求算。 為使液體中夾帶的氣泡得以分離，液體在降液管內(nèi)應(yīng)有足夠的停留時間，表示式為：若不能滿足上式要求，則應(yīng)調(diào)整降液管尺寸或板間距，直至滿意。第16頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四2.2 降液管底隙高度降液管底隙高度是指降液管下端與塔板間的距離，以h0表示。降液管底隙高度一般不宜小于2025mm，否則易于堵塞，或因安裝偏差而是液流不暢，造成液泛。第17頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四2.3 受液盤（參圖10-43、44所示）類型平受液盤凹受液盤 平受液盤一半需

8、在塔板上設(shè)置進口堰，保證液封；并使液體在板上分布均勻。 進口堰高度考慮原則：當(dāng)出口堰高hw大于降液管底隙高度h0時，取hw=hw，如hwh0，以保證液體由降液管流出時不致受到很大阻力，進口堰與降液管間的水平距離h1不應(yīng)小于h0。 采用凹形受液盤不需設(shè)置進口堰。其優(yōu)點為：凹形受液盤既可在低液量時形成良好的液封，又可改變液體流向的緩沖作用，便于液體從側(cè)線的抽出。一般來說，直徑大于600mm的塔，大多采用凹形受液盤。其深度一般在50mm。第18頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四4.2 塔板設(shè)計以篩板塔為例1、塔板布置見圖10-39 （1）開孔區(qū)（2）溢流區(qū)溢流區(qū)為降液管及受液盤所

9、占的區(qū)域，其中降液管所占面積為Af,受液盤所占面積為Af；一般，兩者相等。可從圖3-12求取。第19頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四（3）安定去開孔區(qū)域溢流區(qū)之間的不開孔區(qū)域，也稱破沫區(qū)。溢流堰前的安定區(qū)寬度 Ws=70100mm；進口堰后的安定區(qū)寬度 Ws=50100mm；對于小直徑的塔（直徑1m），因塔板面積小，安定區(qū)要相應(yīng)減小。（4）邊緣區(qū)在靠近塔壁的一圈邊緣區(qū)域供支持塔板的邊梁之用的區(qū)域。Wc=3050mm，小塔（直徑小于1米）=5070mm，大塔（直徑大于1米）2、篩孔的計算及其排列（1）篩孔直徑表面張力為正系統(tǒng)的物系，d0取38mm；表面張力為負(fù)系統(tǒng)的物系，d

10、0取1025mm。第20頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四（2）篩板厚度碳鋼塔板，板厚為34mm,孔徑d0應(yīng)不小于板厚 ；不銹鋼塔板，板厚為22.5mm,孔徑d0應(yīng)不小于(1.52)。（3） 孔中心距t t=(2.55)d0，且t/d0=34（4） 篩孔的排列與篩孔數(shù)（n）當(dāng)采用正三角形排列時：（5）開孔率定義：第21頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四5 篩板的流體力學(xué)驗算5.1 塔板壓降氣體通過篩板時，需克服篩板本身的干板阻力、板上充氣液層的阻力及液體表面張力造成的阻力，這些阻力形成篩板的壓降。第22頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期

11、四1、干板阻力第23頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四2、氣體通過液層的阻力通過下式估算：第24頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四3、液體表面張力的阻力由上述各式計算的阻力加和得到板壓降，應(yīng)與設(shè)計允許值比較，計算值應(yīng)低于允許值。5.2 液面落差對塔徑小于1600mm的篩板，液面落差可以不予考慮；但對塔徑大于2000mm的篩板，應(yīng)考慮液面落差，此時，可查閱相關(guān)手冊予以計算。第25頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四5.3 液沫夾帶設(shè)計中一般規(guī)定液沫夾帶量ev0.1kg液體/kg氣體液沫夾帶量的計算方法查圖法（亨利液沫夾帶圖），見圖5-12

12、經(jīng)驗公式計算法，如下式：第26頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四5.4 漏液氣速減小，氣體的動能不足以阻止液體向下流動時，會發(fā)生落葉現(xiàn)象。規(guī)定漏夜量等于塔內(nèi)液體流量的10%對應(yīng)的氣速為漏夜點氣速。它是塔板操作氣速的下限，計算方法為：第27頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四5.5 液泛液泛液沫夾帶液泛通過液沫夾帶量核算降液管液泛* 為使液體從上層塔板穩(wěn)定流入下一層塔板，降液管內(nèi)必須保持一定的液層高度Hd。該液層高度用來克服相鄰兩層塔板間的壓降、板上清液層阻力和液體流過降液管的阻力，故：第28頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四第29頁，共

13、36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四6 塔板的負(fù)荷性能圖6.1 漏液線繪制塔板負(fù)荷性能圖，以檢驗設(shè)計的合理性。以篩板塔為例講授。第30頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四6.2 液沫夾帶線6.3 液相負(fù)荷下限線第31頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四6.4 液相負(fù)荷上限線6.5 液泛線第32頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四最后，根據(jù)以上各方程繪出塔板的負(fù)荷性能圖，在該圖上繪得操作線，分析操作控制特征（即什么控制），并計算其操作彈性范圍。7 板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備7.1 塔體空間1、塔頂空間高度HDHD=(1.52.0)HT

14、設(shè)置目的：為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降。若需安裝除沫器，要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂空間高度。2、塔底空間高度HB指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。決定因素：A塔底儲液空間依儲存液量停留38min而定；B 再沸器的安裝方式及安裝高度；C 塔底液面至最下層塔板之間留有12m的間距。第33頁，共36頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四3、人孔對于塔徑大于1米的板式塔，為安裝、檢修之需，一般每隔68層塔板設(shè)一人孔。人孔直徑一般為450mm600mm，其中伸出塔體的筒長為200250mm，人孔距中心操作臺約距8001200mm。設(shè)人孔處的板間距應(yīng)等于或大于600mm。4、塔高第34頁，共36頁，2

15、022年，5月20日，8點5分，星期四7.2 塔板結(jié)構(gòu)按塔板的結(jié)構(gòu)，一般分為整塊式和分塊式兩類塔板。塔經(jīng)小于800mm時，采用整塊式塔板；超過800mm時采用分塊式塔板。塔板分塊數(shù)見表5-3所示。7.3 精餾塔的附屬設(shè)備1、再沸器類型內(nèi)置式再沸器（蒸餾釜）釜式再沸器（罐式再沸器）虹吸式再沸器強制循環(huán)式再沸器優(yōu)點安裝方便，可減少占地面積，常用于直徑小于600mm的蒸餾塔中。氣化率高，達80%以上。 適于某些塔底物料需分批移除的塔霍間歇精餾塔。分立式、臥式兩種。按單位面積計的金屬耗用量低于其他型式，傳熱效果好，占地面積小，連接管線短。液體流速大，停留時間短，便于控制和調(diào)節(jié)液體循環(huán)量。適用于高粘度液體和熱敏性物料的蒸餾。但設(shè)備費用較高，料液易發(fā)生泄漏。第35頁，共36頁，2022年，5月20日，8點